CN109788057A - 一种物联网设备动态虚拟配置方法及系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种物联网设备动态虚拟配置方法及系统，接收控制指令，并向所有物联网节点广播节点识别消息，接收各个物联网节点反馈的识别信息，根据各个节点的反馈时长和反馈信息综合选择每个智能设备所对应的最优节点、次优节点和备用节点，并按照选择的顺序对每个智能设备进行虚拟分区，构建模型库，基于模型库内的各个标准元件，对各个区域进行配置，并对各分区内的设备模块组态，进行智能设备的管理与控制。

Description

一种物联网设备动态虚拟配置方法及系统

技术领域

本公开涉及一种物联网设备动态虚拟配置方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

物联网技术被广泛应用到各个方面，实现了物与物、人与物等的相互连接，方便用户管理和控制，用户充分体验到物联网技术带来的方便和快捷。随着智能传感器模块的增多，物联网对通信稳定性要求越来越高。物联网节点是智能模块和服务器通信的中继器，目前，大多数的节点与智能模块的通信关系为人工定义的静态关系，且一个设备仅能由一个节点管理，这种做法影响了物联网的通信稳定性，当某个节点损坏将使该节点管辖的智能传感器模块瘫痪完全无法使用。此外，物联网设备涉及到用户的权限和隐私，随着物联网设备的增加，物联网安全问题逐渐受到关注，如何实现对物联网设备权限的管理是一个亟待解决的问题。

同时，配置关系可能会随着建筑物本身发生变化，具体包括空间格局的变化、房间功能的改变以及监控点位数目的变化等，这些变化也会引起传感器的测点位置或数量的改变，也会引起风阀、水阀等执行器位置或数量的变化。这些都需要在上位机监控软件中相应修改系统配置，否则这些改动无法实现，相应设备也就无法正常动作。

现有的物联网配置修改的工作对操作人员的技术水平要求较高，一般来说智能化系统的日常运维人员不具有这样的技术水平，无法完成系统配置修改的工作，通常会导致系统瘫痪、无法使用。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种物联网设备动态虚拟配置方法及系统，本公开不仅可以通过客户端应用程序将用户信息发送到服务器进行存储，也可以通过客户端发送终端操作指令，服务器通过以太网连接物联网节点下发到智能设备，智能设备做出相应的响应，完成设备的管理与控制。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种物联网设备动态虚拟配置系统，包括若干物联网节点、若干智能设备和服务器，其中每个物联网节点连接多个智能插座，对应区域内的智能设备连接在对应的智能插座上；

各物联网节点与智能设备之间通过无线连接，所述物联网节点与所述服务器通过以太网连接；

所述服务器接收控制指令，并向所有物联网节点广播节点识别消息，接收各个物联网节点反馈的识别信息，根据各个节点的反馈时长和反馈信息综合选择每个智能设备所对应的最优节点、次优节点和备用节点，并按照选择的顺序对每个智能设备进行虚拟分区；

同时，所述服务器根据设置的通讯协议与所述物联网节点进行数据交互，基于运行规则，构建模型库，基于模型库内的各个标准元件，对各个区域进行配置，并对各分区内的设备模块组态，形成虚拟化组态管理架构，进行智能设备的管理与控制。

作为进一步的限定，所述物联网节点反馈的信息包括：节点负载量和节点信号强度。

作为进一步的限定，每个智能设备由一个或多个节点管理与控制，每个节点管控一个或多个设备，每个用户管理控制一个或多个设备，节点的ID、智能设备的ID和用户的ID均唯一。

作为进一步的限定，每个智能设备上都有一个蕴含本设备信息的二维码和验证码，二维码和验证码都唯一，智能设备与各个物联网节点的隐含关系包括三个部分：最优节点关系、次优节点关系和备用节点关系，其中最优节点作为管控设备的基站，若最优节点出现故障，对应物联网节点与该设备无法建立连接时，智能设备被配置为选择次优节点和/或备用节点进行通信。

作为进一步的限定，所述服务器上部署有规则库，规则库中提供有多种设备管理模式或方法，当某些或某个设备的状态满足一定条件时，系统将自动生成设备控制指令，并将该指令下发到节点执行相应的设备控制。

作为进一步的限定，每个智能设备与用户具有自己唯一的ID，每个设备有唯一的用户所有权，即只属于一个主人；其他用户获取该设备的权限管理的唯一方法是该设备的主人将该设备进行分享，用户分享可设置为定时和不定时，实现多个其他用户的分享，并实现权限管理，权限管理包括可测可控，可测不可控两种。

作为进一步的限定，所述服务器上部署有数据库，被配置为存储信息，具体包括用户信息、设备信息和用户设备与节点的关系信息、智能设备上传的环境信息、室内电器的电气参数信息、报警信息和SOE记录信息。

作为进一步的限定，所述服务器被配置为建立每种智能设备的模型，存储每种设备模型的设备类型、信号、性能参数、输入输出数据命令与格式，对应的图标和操作菜单，形成标准件，所有的设备模型形成数据库，通过选择相应的设备图标，移动至待配置的虚拟房间的相应分布地点，完成组态过程。

作为进一步的限定，所述服务器被配置有权限管理模块，所述权限管理模块配置各个用户的权限，所述权限包括所述虚拟化组态管理架构内的管控区域，进行空间和系统的虚拟化，完成设备虚拟化添加、移动、删除、控制和区域内背景配置操作，以及查看权限内所管控的设备的详细信息，管控区域的设备的历史报警记录和实时报警的信息以及管控区域的设备、环境和人员的状态信息。

一种物联网设备动态虚拟配置方法，接收客户端发送的控制指令，并向所有物联网节点广播节点识别消息，接收各个物联网节点反馈的识别信息，根据各个节点的反馈时长和反馈信息综合选择每个智能设备所对应的最优节点、次优节点和备用节点，并按照选择的顺序对每个智能设备进行虚拟分区，构建模型库，基于模型库内的各个标准元件，对各个区域进行配置，并对各分区内的设备模块组态，进行智能设备的管理与控制。

作为进一步的限定，周期性的向周围广播节点验证消息，重复确定智能设备和各个物联网节点的关系，动态更新智能设备对应的最优、次优和备用节点，以保证通信的稳定性。

作为进一步的限定，所述智能设备和各个物联网节点的关系确定过程为设备选择机制，具体包括：

智能设备向周边广播节点验证信息；

节点接收到验证信息，并向设备反馈验证信息；

智能设备接收到节点发送的反馈信息，记录反馈时长并将反馈信息进行处理，依据处理结果确定最优节点、次优节点和备用节点；设备计算反馈时间和节点信号强度，并依据反馈时间、节点负载量和节点信号强度确认最优节点、次优节点和备用节点。

作为进一步的限定，所述智能设备和各个物联网节点的关系确定过程为服务器选择机制，具体包括：

服务器向所有节点广播节点识别消息；

节点收到识别消息，开始对周围设备进行自动识别；

节点将识别到的设备信息反馈给服务器，同时反馈本节点的相关信息，服务器记录反馈信息时长，并对反馈信息进行处理，根据处理结果选择对应设备的最优节点、次优节点和备用节点；

服务器将选择的节点存入数据库并将其下发到对应智能设备，设备确认隐含关系，服务器计算比对同一设备下不同节点的节点负载量和节点信号强度，根据计算比对结果确认最优节点、次优节点和备用节点。

更进一步的，节点反馈服务器的设备信息包括：设备ID；

节点反馈服务器的节点信息包括：节点反馈时长、节点负载量和节点信号强度。

作为进一步的限定，所述智能设备和各个物联网节点的关系确定过程为设备服务器综合选择机制，具体包括：

节点发现周边设备，并进行关系验证通信，记录各个设备的反馈信息；

节点将各个设备的反馈信息依次上传到服务器，同时上传本节点的信息；

服务器记录节点与设备的通信数据以及各个节点信息，对其进行计算处理；

服务器依据设备的相关节点的最优节点关系数量、设备反馈信息、节点信号强度或节点上传时间确定设备的最优节点、次优节点和备用节点，将其进行存储同时下发给对应设备确认隐含关系。

作为进一步的限定，所述智能设备反馈信息包括：反馈时间、设备信号能量，上传的物联网节点信息包括：上传时间、节点负载量和节点信号强度。

作为进一步的限定，在进行组态时，建立每种智能设备的模型，存储每种设备模型的设备类型、信号、性能参数、输入输出数据命令与格式，对应的图标和操作菜单，形成标准件，所有的设备模型形成数据库，通过选择相应的设备图标，移动至待配置的虚拟房间的相应分布地点，完成组态过程。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开通过自身确定智能设备所属节点，用户直接管理设备，无需通过人工确定节点与设备的管控关系，节点与设备的关联关系由系统自动建立，用户通过注册用户、注册智能设备即可实现对设备的管理，智能设备上电接入到系统之后，无需用户操作，可实现智能设备自组织，建立用户、智能设备和节点的关联关系。

本公开通过将智能设备所对应的物联网节点分为最优节点、次优节点和备用节点，并利用该顺序进行智能设备与物联网节点的一一匹配、动态匹配，不仅大大减少了节点的数量，而且对节点的依赖性也大大降低，解决了用户对设备的隐私权限和操作复杂性问题。

本公开的智能设备可以周期性有选择的选取可用的物联网节点作为与服务器的通信节点，通信优先级按照最优节点、次优节点和备用节点关系进行选择，即只有当最优节点损坏时才可以自动重新更换次优节点和备用节点进行通信，保证了通讯的高效性和高质量。

本公开通过不同的关系确定机制，采用服务器前期筛选，对智能设备与物联网节点的关系进行优化，或根据节点反馈的信息与速度，以利用自下而上的匹配机制或自上而下匹配机构，能够灵活对智能设备和物联网节点进行虚拟划分区域，有效的保证了信息的响应速度和通讯流程度。

本公开构建的虚拟化组态管理架构与实际建筑内物联网系统相匹配，通过在虚拟端就能够完成设备的参数配置和运行规则配置，有助于实现设备的远程管理，有助于实现设备的远端重构。

本公开可以根据实际情况创建虚拟房间，把用户注册后的设备分布在不同房间/区域的指定位置，这样可以在应用层实时根据空间格局的变化、房间功能的改变以及监控点位数目的变化，进行相应区域内的配置变化，便于设备的操作与管理。

本公开利用独立的模型数据库以存储所有设备信息，在此基础上，用户以后注册相同的设备后即可在系统出现相应设备图标，点击即可以出现自动出现相应的菜单，只需拖动到相应位置即可。用户可以创建虚拟房间，把用户注册过的设备分布在不同房间或空间，对自己管理权限下的空间和设备进行自由任意配置，便于设备操作和管理。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本公开的用户、智能设备和物联网节点的结构关系图；

图2是本公开的智能设备和物联网节点的结构关系图；

图3是本公开的用户分享智能设备权限图；

图4是本公开的服务器的配置关系图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

为了解决节点增多可靠性下降和用户权限隐私方面的问题，本实施例提出的一种适用于一种物联网系统的设备自适应访问与共享方法，不仅大大减少了节点的数量，而且对节点的依赖性也大大降低，解决了用户对设备的隐私权限和操作复杂性问题。

一种物联网设备动态配置的访问共享方法，适用于一种物联网系统，该系统包括若干物联网节点，若干智能设备、服务器，用户通过登陆物联网系统可以直接获得对特定设备的管控权限。其中：

物联网节点，被设定为通过433MHz无线连接若干设备和通过以太网连接服务器的中间“连接器”。物联网节点可以将设备收集上来的数据经过协议转换转发给服务器；也可以将服务器下发的指令经过协议转换转发给对应设备，设备响应指令，进而实现设备的权限管理。

若干智能设备，被设定为接通电源即可自动通过433MHz无线连入系统的智能模块。智能模块可以采集环境中的一系列数据，也可以收集与其相关联的其他非智能设备的部分参数，并将收集到的数据经对应的物联网节点上传到服务器；同时智能模块也可以接收从物联网节点处转发的服务器指令，响应指令实现用户的设备权限管理。

服务器，被设定为可通过以太网与物联网节点进行互联和与客户端交互信息，部署有数据库、规则库、应用服务等。服务器将用户在客户端键入的信息存储到数据库，并在规则库中进行算法运算形成一系列新的信息，新信息可以用以在数据库中进一步存储、形成指令完成对设备的管理或者返回到应用服务中进行数据分析应用和客户端界面展示等。

进一步的，服务器中的数据库被设定为存储信息，包括用户信息、设备信息和用户设备与节点的关系信息，另外还会存储智能设备上传的环境信息、室内电器的电气参数信息、报警信息和SOE记录信息等。

服务器中的规则库被设定为包含一系列规则的智能算法库，其功能是可以将应用程序和设备传输过来的信息进行算法和规则运算，形成新的指令和信息，并进行数据库存储或者对不定项设备进行测控。

服务器中的应用服务被设定为与物联网节点和客户端进行通信和交互，会将物联网节点上传的数据进行处理、存储、分析、应用和客户端展示。

用户接入物联网系统，必要的操作是在移动手机端或WEB客户端进行用户注册。用户注册时需要用户在注册界面设置用户名、密码、邮箱、手机号和备注等信息，并进行信息提交。移动手机端和WEB客户端后台直接与服务器相接，用户提交的信息会经过加密再存储到服务器的数据库内。

用户在客户端登陆已注册的用户名之后，客户端后台自动与物联网系统相连。用户可以在本客户端对某智能设备进行注册，该登陆用户与智能设备建立确认关系，获得对设备的直接管理权限，其他用户无法通过再注册获取该设备的管理权限。

经过注册的智能设备通电接入物联网系统会实现设备自适应响应，智能设备会自动周期性地广播节点验证信息，所有接收到广播的节点进行设备识别，所有识别到该设备的节点向设备发送设备认证的消息，设备有条件的选择三个节点用以通信，分别为最优节点、次优节点和备用节点，设备与三个节点之间确认隐含关系。最优节点会将设备与节点的隐含关系上报到服务器，进行数据库存储和客户端显示等。其中最优节点作为服务器管控设备的基站，若最优节点出现故障，无法使该设备与服务器建立连接时，该设备与服务器进行通信会选择次优节点和备用节点。设备周期性的发送广播，不断动态更新隐含关系和数据库存储。

或，接入物联网系统的智能设备实现设备自适应响应。服务器不定时的自动广播节点识别消息，所有接收到识别消息的节点，开始对周围设备进行自动识别，节点将识别到的设备信息反馈给服务器，同时反馈本节点的相关信息。服务器记录所有节点的反馈信息时长，并对反馈信息进行处理，根据处理结果选择对应设备的通信节点分别为最优节点、次优节点和备用节点，将设备节点的通信关系存储到数据库中，并通过最优节点将三个节点信息下发给对应的设备，完成设备的隐含关系确认。其中最优节点作为管控设备的基站，若最优节点出现故障，无法使服务器与该设备建立连接时，该设备和服务器会选择次优节点和备用节点进行通信。服务器周期性的向节点广播识别消息，不断动态更新设备隐含关系和数据库存储。

再或，经过注册的智能设备通电接入物联网系统会实现设备自适应响应。自动的，节点广播发现周边设备，并进行关系通信验证，记录各个设备的反馈信息和反馈时长。节点将接收到的通信验证信息和本节点的节点信息上报给服务器，服务器接收到节点上传的设备的反馈信息和节点信息，对其进行运算处理，根据处理结果选择三个节点用以与设备通信，分别为最优节点、次优节点和备用节点，设备与三个节点之间确认隐含关系，同时进行数据库存储和客户端显示等。其中最优节点作为服务器管控设备的基站，若最优节点出现故障，无法使该设备与服务器建立连接时，该设备与服务器进行通信会选择次优节点和备用节点。节点周期性的向设备验证通信关系，不断动态更新设备隐含关系和数据库存储。

用户、设备和节点都具有自己唯一的用户ID、设备ID和节点ID，一个设备可以由多个节点管理与控制，一个节点可以管控多个设备，一个用户可以管理控制多个设备，但每个设备有唯一的用户所有权，即只属于一个主人。

其他用户获取该设备的权限管理的唯一方法是该设备的主人将该设备进行分享，用户分享可设置定时和不定时，可实现多个其他用户的分享，并可实现权限管理的不定项分享，权限管理包括可测可控，可测不可控两种。

设备的主人可以不定项的收回所分享的设备的管控权限。且所有用户有权利将已损坏设备、不需要设备或转卖设备进行设备彻底删除，放弃对设备的管理权限。

具体的，设备的注册和模型库的构建过程，以单联开关为例进行说明：

建筑中的物联网设备复杂多样，种类繁多，将设备进行过分类管理，了解每一类设备的工作原理，建立相应的设备模型，是物联网建筑中设备管理的重心。在本实施例中，可以将物联网设备分为单联开关、双联开关、三联开关、智能插座、电气参数检测模块、报警模块、环境模块等设备类型。其中每一类的设备模型库中的内容主要包括：设备的ID、设备类型、设备logo、设备传输参数、设备的权限和功能。其中以单联开关为例，其设备模型如下表所示。设备模型设计完成后，根据设备模型搭建设备的数据库，存储设备的信息。

设备注册

生产的每一个物联网设备都有唯一的设备ID号。通过条形码生成软件将每一个设备的ID号和设备验证码打印出来，在设备出厂前将条形码贴到每一个设备供用户扫码注册。用户对设备进行管理之前需要对设备进行注册，用户在移动端软件注册一个账号后才可以对设备进行注册管理，后台建用户和设备进行关联存储。

用户有两种方式注册设备：通过手机扫码注册、在注册界面通过输入设备的验证码进行手动注册。设备在出厂前就已经贴好条形码和隐藏的验证码，用户通过登录手机应用软件的扫码注册设备功能扫描设备的条形码，将条形码信息上传到服务器进行用户设备的绑定和注册，一个设备只能被一个用户注册，其他用户无法再注册该设备。此外，用户还可以将隐藏的验证码刮开，通过Web的注册界面，填写验证码完成设备的注册，注册成功的设备存储到数据库中并在设备管理软件的界面上显示设备类型的logo，方便用户进行管理。

设备的软件组态

设备注册后，web端的设备组态界面能自动生成该设备类型的logo，用户可可以拖动设备的位置，完成位置的设定后点击保存即可。保存后的设备可以在设备远程界面查看，用户保存的设备位置将自动更新，在该界面用户可以根据自己的喜好任意更换背景图，同时也可以右击设备logo，会自动出现设备模型中的信息，包括设备的ID、设备类型、设备功能等，并对应各自的点击事件，用户通过点击相应功能完成设备的操作。每一类设备自带的右侧点击事件是根据设备模型建立的，对应的每一个设备的模型库，若后续的设备需要增加时，则只需要在后台新增这一类的设备库，操作简单，便于管理、通用性高。

具体的，如图1所示，该物联网系统包括若干物联网节点，若干智能设备和服务器，其中每个物联网节点连接多个智能设备和服务器，每个智能设备连接三个节点，服务器上部署有数据库、规则库和应用服务等，用于数据存储、数据处理和数据应用等方面，用户通过客户端与服务器进行交互。

物联网节点是该物联网系统的“中间传送器”，帮助完成“可靠传输”。主要功能是链接若干智能设备和服务器，形成传输通道。将智能设备上传的数据进行协议转换上报给服务器进行再处理，将服务器下发的指令或数据经协议转换之后转发给智能设备进行控制和访问。物联网系统中的所有节点连接到系统中的所有智能设备，处理智能设备的收发要求，满足服务器对每个智能设备的权限管理；对于单个物联网节点，可能会与多个智能设备建立关系，也可能会没有智能设备与其建立关系。

智能设备是物联网系统的底层智能模块，实现物联网系统的“全面感知”。接入该系统的智能模块可以实现上传给服务器环境数据、与其相连接的非智能设备的电气参数数据和报警信息，也可以实现接收服务器的指令完成对该智能模块相连接的非智能设备的状态控制。智能设备可以周期性有选择的选取可用的物联网节点作为与服务器的通信节点，通信优先级按照最优节点、次优节点和备用节点关系进行选择，即只有当最优节点损坏时才可以自动重新更换次优节点和备用节点进行通信。

服务器部署有数据库、规则库和应用程序等，充当系统的“控制大脑”，完成物联网系统的“智能分析”。应用程序包括外通信部分、数据分析部分和内通信部分，外通信部分主要是接收节点、客户端的发送信息和发送信息给节点、客户端。外通信接收到节点或客户端发送的信息或数据，数据分析部分将信息或数据根据功能进行分析处理，处理之后的信息或数据部分由内通信传送给数据库进行存储，部分由内通信传送给规则库进行“再加工”，另一部分直接由外通信再返回给节点用以控制设备或返给客户端用以界面展示。

如图2所示，物联网节点可以识别的范围内可能有多个智能设备，一个智能设备也可能可以被多个节点识别。对于这种情况，本实施例解决了节点选择问题，最终会实现系统为一个设备只配备三个节点作为与服务器通信的节点。具体实现方案如下：

设备选择机制

智能设备接通电源即可接入该物联网系统，接入系统之后自动广播节点验证消息，所有可识别到此设备的节点会对广播做出回应。

(1)智能设备根据节点对广播回复的快速性做出选择，选择出回应广播最快的三个节点建立隐含关系。其中智能设备第一个收到广播回复，将其建立为最优节点，收到第二个广播回复的节点是次优节点，收到第三个广播回复的是备用节点；智能设备收到三个广播回复之后，会自定忽略后来的节点回复。

(2)回应消息内包含本节点通信的信号强度等信息，智能设备接收到节点回应的信号强度

智能设备接收到所有回应消息会立即将信号强度进行提取和比较将所有的信号强度进行排序，并把最大的三个结果进行降序储存，第四个及更小的结果将被忽略，设备会在发出广播时计时T时间，超过T时间的回应消息都将被忽略，放弃处理。

选择出信号最强的三个节点建立隐含关系，其中信号最强的是最优节点，信号强度第二的节点是次优节点，信号强度第三的是备用节点。

(3)回应消息内包含本节点的负载量信息，所谓的负载量是指该节点与其他智能设备建立隐含关系的数量，数量换算采用如下公式：

负载量：N＝该节点作为最优节点数*2+该节点作为次优节点数*1+该节点作为备用节点数*1

智能设备根据接收到节点回应消息的先后顺序，将先回复消息的节点和该节点的负载量进行存储，后回复消息的节点负载量与前者进行对比，如此反复，智能设备选择出负载量最低的三个节点建立隐含关系进行存储，其他的节点将被忽略，不进行通信。其中负载量最少的节点是最优节点，负载量次少的节点是次优节点，负载量在三个节点中最多的节点是备用节点。设备会在发出广播时计时T时间，超过T时间的回应消息都将被忽略，放弃处理。

(4)回应消息内包含本节点通信的信号强度M和负载量N等信息，智能设备接收到节点回应消息，并计算出节点与该设备的距离，设备重新计算三者关系并选择三个节点建立隐含关系。计算规则如下：

A＝M*x+(y/N)*z(x优选为60％，y优选为40％，z优选为50)

设备将回应消息的节点和该节点对应的A值进行存储，将对A值进行比较，选出最大的三个A值，将其对应的节点顺序建立隐含关系，最优节点关系，次优节点关系和备用节点关系。分别为最优节点的A值>次优节点的A值>备用节点的A值。

智能设备存储隐含关系，并优先选择最优节点作为通信节点，最优节点将设备与三个节点的隐含关系上报到服务器，存储到数据库，服务器下发指令给该设备时，也会按照设备节点关系与指定节点进行通信。另外，设备对于确认隐含关系的节点不是一成不变的，它会周期性的发送广播信号，每发一次都会重新进行一次与节点的隐含关系的确认，同时更新数据库，将前一个隐含关系删除，替换成新确认的隐含关系。

2服务器选择机制

智能设备接通电源即可接入该物联网系统。服务器不定时的自动广播节点识别消息，所有接收到识别消息的节点，开始对周围接入物联网系统的设备进行自动识别，节点将识别到的设备信息反馈给服务器，同时反馈本节点的相关信息。服务器会验证设备信息如设备ID、设备类型等，自动为每一个设备临时开辟出一个缓存区，服务器在该设备临时缓存区内将上传该设备的节点信息进行运算处理，等到确认了设备与节点的隐含关系之后，将缓存区自动释放。

(2)节点将设备信息反馈给服务器，反馈消息内也包含本节点通信的信号强度等信息，服务器(某缓存区)接收到节点上报信号的信号强度

将其进行降序储存在暂时缓存区中，服务器会在发出广播时计时T(T优选为10s)时间，超过T时间返回的所有的反馈信息都将被忽略，放弃处理。

服务器选择出信号最强的三个节点，其中信号最强的是最优节点，信号强度第二的节点是次优节点，信号强度第三的是备用节点。

(3)反馈消息内包含本节点的负载量信息，所谓的负载量是指该节点与其他智能设备建立最优节点关系、次优节点关系和备用节点关系的数量，服务器(某缓存区)接收到负载量信息，将进行数量换算，采用如下公式：

数量换算：N＝该节点作为最优节点数*2+该节点作为次优节点数*1+该节点作为备用节点数*1

服务器根据接收到节点上报消息的先后顺序，将先上报消息的节点和该节点的数量换算N进行存储，后上报消息的节点数量换算与前者进行对比，如此反复，服务器将选择出数量换算N最小的三个节点，其他的节点将被忽略，不进行通信。其中N最少的节点是最优节点，N次少的节点是次优节点，N在三个节点中最多的节点是备用节点。服务器会在发出广播时计时T(T优选为10s)时间，超过T时间返回的所有的反馈信息都将被忽略，放弃处理。

(4)上报消息内包含本节点通信的信号强度M和负载量N等信息，服务器接收到节点上报消息，并回复一个可重新返回服务器的试探消息，服务器记录试探消息返回的时长t(s)，进一步计算出节点与服务器的距离，服务器重新计算两者关系并选择三个节点是其与设备建立隐含关系。计算规则如下：

A＝M*x+(y/N)*z(x优选为60％，y优选为40％，z优选为50)

服务器将上报消息的节点和该节点对应的A值进行存储，将对A值进行比较，选出最大的三个A值，将其对应的节点顺序与设备建立隐含关系，最优节点关系，次优节点关系和备用节点关系。分别为最优节点的A值>次优节点的A值>备用节点的A值。

服务器将选出的三个节点建立与设备的通信关系，并将关系存储到数据库内，会优先选择最优节点作为通信节点，同时，服务器将通信关系通过最优节点下发给设备进行隐含关系的确认，该设备上报数据给服务器时，也会按照设备节点的隐含关系与指定节点进行通信。另外，服务器对于确认设备与节点的通信关系不是一成不变的，服务器会周期性的发送广播信号，每发一次广播节点都会重新更新设备与节点的通信关系，同时更新数据库，设备更新隐含关系，将前一个隐含关系删除，替换成新确认的隐含关系。

3设备服务器综合选择机制

智能设备接通电源即可接入该物联网系统。节点广播发现周边接入物联网系统的设备，并进行关系验证通信，设备回复广播将设备信号强度M₁反馈给节点，节点记录各个设备的反馈时长t₁(s)，并将各个设备的反馈信号强度M₁依次上传到服务器，同时上传本节点的信息包括节点的信号强度M₂、节点从广播到服务器接收到信息的时长t₂(s)和本节点的负载量。服务器会将不同节点上传的同一设备的信息存放在临时缓存区内，当服务器为一个设备确认三个节点的通信关系后会自动释放该临时缓存区。

(1)服务器(某缓存区)根据节点上报某设备消息的快速性即节点从广播到服务器接收到信息的时长做出选择，选择出上报最快的三个节点。其中服务器第一个收到上报消息的，将其设置为最优节点；服务器第二个收到上报消息的，将其设置为次优节点；收到第三个上报消息的是备用节点；选出三个节点之后，服务器会自定忽略后来上报该设备的节点消息。

(2)服务器(某缓存区)接收到节点上报消息，分别将t₁>Δt₁和t₂>Δt₂(Δt₁、Δt₂均优选为3s)的节点信息进行忽略，再计算剩余的节点上报信息中信号强度M₁与M₂的和：

M＝M₁+M₂

将计算结果M进行排序，选择M最大的三个节点作为最优节点、次优节点和备用节点，即最优节点的M>次优节点的M>备用节点的M。服务器从接收到某设备的节点上报信息开始计时，到T时间之后的该设备的节点上报信息将自动忽略。

(3)服务器(某缓存区)接收到节点上报消息，分别将t₁>Δt₁和t₂>Δt₂(Δt₁、Δt₂均优选为3s)的节点信息进行忽略。计算剩余的节点上报信息中负载量的平均值Q_Ave，并将负载量超过2Q_Ave的节点进行忽略。最后计算剩余的节点上报信息中信号强度M₁与M₂的和：M＝M₁+M₂

将计算结果M进行排序，选择M最大的三个节点作为最优节点、次优节点和备用节点，即最优节点的M>次优节点的M>备用节点的M。服务器从接收到某设备的节点上报信息开始计时，到T时间之后的该设备的节点上报信息将自动忽略。

服务器将选出的三个节点建立与设备的通信关系，并将关系存储到数据库内，会优先选择最优节点作为通信节点，同时，服务器将通信关系通过最优节点下发给设备进行隐含关系的确认，该设备上报数据给服务器时，也会按照设备节点的隐含关系与指定节点进行通信。另外，服务器对于确认设备与节点的通信关系不是一成不变的，节点会周期性的发送广播信号，每发一次广播节点都会重新上报服务器一次，服务器确认设备与节点的通信关系，同时更新数据库，设备更新隐含关系，将前一个隐含关系删除，替换成新确认的隐含关系。如图3所示，用户有对设备的直接管理权限，可以分享、取消分享和删除设备。

在用户获得对设备的直接管理之前，需要在使用系统之前在客户端进行用户注册，用户在客户端注册界面设置用户名、密码、邮箱、手机号和备注等信息，并提交，服务器将用户信息加密存储到数据库中；其中用户名和手机号要求唯一，手机号是本人现在正在使用的，用来登陆账号或找回密码，备注信息为其他信息。

用户通过平台的虚拟化软件进行虚拟空间的搭建，新建一个虚拟空间，在此构建的虚拟空间中进行用户名下设备的增删改查和控制，该虚拟空间中的所有设备为一个分组，可以对这个分组进行重命名，然后点击保存设置，则对应的数据库会存储用户的设置，用户可以在前端自由的组态和管理自己名下的所有设备。这个虚拟空间对于室内电气物联网系统是一个房间，在公共基础设施系统中则为一个系统，用户可以通过平台实现房间虚拟化和系统虚拟化，具体实例步骤如下。

1、房间虚拟化

(1)虚拟房间的定义：用户根据所在的区域来划分虚拟空间，虚拟空间与实际物理空间相对应，与用户所处的房间相对应。若一个用户拥有好几个房间，就可以进行多个空间的虚拟，给每个空间命名(如房间101、房间102等)，并在每个虚拟房间中管理设备。

(2)背景图的设置：建立好用户所属的虚拟房间后，可以通过选择背景图的按钮进行房间背景的设置，根据用户的喜好进行设置。

(3)设备选择：用户通过该虚拟化软件可以在相应的房间添加自己名下的设备，该实际物理空间中有什么设备，用户在建立的相对应的虚拟房间中才可以添加什么设备。通过添加设备按钮，选择添加存在该虚拟房间的设备，添加后的设备在虚拟房间中以设备Logo出现，右击该Logo可以看到该设备模型中对应的设备参数。

(4)设备位置拖动：将一个虚拟房间的所有设备添加完成后，通过拖动设备Logo可实现设备在界面上位置的变化，可将设备任意拖动到用户指定的位置。

(5)情景模式设定：设备选择完成后，可以点击情景模式设定按钮将添加的设备进行组合控制，命名情景模式并实现多个设备的同时控制，制定属于自己的情景模式。

(6)虚拟化配置保存：将以上步骤的配置完成后，点击整个虚拟房间页面的保存按钮将所有的设定保存，即可保存并操作。

2、系统虚拟化

(1)虚拟系统的定义：物业人员用户根据物联网建筑中实际运行的系统来划分虚拟系统，虚拟系统与实际运行系统相对应。物业人员可以将公共设施中具体的系统建立多个系统的虚拟，给每个系统命名(如空调系统、照明系统、给排水系统等)，并在每个虚拟系统中管理设备。

(2)通道配置：该虚拟化软件可以进行物联网节点通道的虚拟化配置，该通道中物理通道相对应，在上位机可以进行界面可视化的配置，将每个控制器中的通道都可以进行虚拟化配置。

(3)逻辑编程：通过平台可以实现灵活的逻辑编程，将控制器中的逻辑进行在线可视化编程。在该虚拟化软件中可以添加逻辑模块实现各个输入输出的变量使用和设定，用户可自定义新的逻辑编程。

(4)系统虚拟化的保存与控制逻辑的下载：将所有的配置完成后可点击保存，建立一个虚拟化的物联网节点和逻辑程序，通过点击下载按钮即可将新编好的程序下载到相应的物联网节点中，能够灵活的协调各系统之间的运行，可扩展性强且能优化全局。

3、协调运行机制制定

(1)确定协同运行规则制定

协同运行规则的制定方法可以基于规则库、人工智能算法库、统计分析等方法，以实现建筑节能、故障诊断、报警预测等功能。其中规则库的建立可以通过设定阈值进行相应的判断，例如，当温度达到设定的值后，报警装置开始报警。人工智能算法库的建立可以通过手机设备的运行信息，如能耗、谐波、电流等参数，将数据进行分析计算，得到一个预测值，可以实现报警预测和故障诊断等功能。统计分析可以通过统计建筑中设备的开关状态，通过日积月累的统计值可以分析得到一个最优的控制。

(2)系统联动

系统联动可以协同运行规则的确定(规则库)，依据确定的协同运行规则，将控制命令分解，并下发到相应系统的控制器中，实现不同系统设备之间的联动。

同时，一个用户可以有多个虚拟化单元，利用建筑中的服务器的协同主控大脑的协同优化机制，实现所管理的虚拟化单元之间的优化控制，如图4所示。

当然，每个智能设备外壳上都标有唯一的一个设备验证码和设备二维码信息，用户注册成功之后，使用用户名登陆客户端，在客户端可以进行设备注册。在手机移动端可以进行扫码注册和键入验证码注册，在WEB客户端只能进行键入验证码注册。当用户进行设备注册时，服务器会自动比对数据库内的信息，设备同一时间只能被一个用户注册，即任何时间主人只有一个。该登陆用户与智能设备建立确认关系，获得对设备的直接管理权限，服务器将用户与设备的确认关系存到数据库，其他用户无法通过再注册获取该设备的管理权限。

用户、设备和节点都具有自己唯一的用户ID、设备ID和节点ID，一个设备可以由多个节点管理与控制，一个节点可以管控多个设备，一个用户可以管理控制多个设备，但每个设备有唯一的用户所有权，即只属于一个主人。

其他用户获取该设备权限管理的唯一方法是该设备的主人将该设备进行分享，用户分享可设置定时和不定时，可实现多个其他用户的分享，并可实现权限管理的不定项分享，权限管理包括可测可控，可测不可控两种。用户将设备分享之后，服务器自动将分享关系存储到数据库中，其他用户由此获得该设备的部分管理权限。设备的主人可以不定项的收回所分享的设备的管控权限，收回权限之后，数据库中的分享关系会被删除。

所有用户有权利将已损坏设备、不需要设备或转卖设备进行设备彻底删除，放弃对设备的管理权限。删除之后的智能设备将被解除与用户的确认关系，数据库删除确认关系，该智能设备重新获得“自由”，可被其他用户进行注册。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种物联网设备动态虚拟配置系统，其特征是：包括若干物联网节点、若干智能设备和服务器，其中每个物联网节点连接多个智能插座，对应区域内的智能设备连接在对应的智能插座上；

各物联网节点与智能设备之间通过无线连接，所述物联网节点与所述服务器通过以太网连接；

所述服务器接收控制指令，并向所有物联网节点广播节点识别消息，接收各个物联网节点反馈的识别信息，根据各个节点的反馈时长和反馈信息综合选择每个智能设备所对应的最优节点、次优节点和备用节点，并按照选择的顺序对每个智能设备进行虚拟分区；

所述服务器根据设置的通讯协议与所述物联网节点进行数据交互，基于运行规则，构建模型库，基于模型库内的各个标准元件，对各个区域进行配置，并对各分区内的设备模块组态，形成虚拟化组态管理架构，进行智能设备的管理与控制。

2.如权利要求1所述的一种物联网设备动态虚拟配置系统，其特征是：每个智能设备上都有一个蕴含本设备信息的二维码和验证码，二维码和验证码都唯一，智能设备与各个物联网节点的隐含关系包括三个部分：最优节点关系、次优节点关系和备用节点关系，其中最优节点作为管控设备的基站，若最优节点出现故障，对应物联网节点与该设备无法建立连接时，智能设备被配置为选择次优节点和/或备用节点进行通信。

3.如权利要求1所述的一种物联网设备动态虚拟配置系统，其特征是：所述服务器上部署有规则库，规则库中提供有多种设备管理模式或方法，当某些或某个设备的状态满足一定条件时，系统将自动生成设备控制指令，并将该指令下发到节点执行相应的设备控制。

4.如权利要求1所述的一种物联网设备动态虚拟配置系统，其特征是：所述服务器上部署有数据库，被配置为存储信息，具体包括用户信息、设备信息和用户设备与节点的关系信息、智能设备上传的环境信息、室内电器的电气参数信息、报警信息和SOE记录信息。

5.如权利要求1所述的一种物联网设备动态虚拟配置系统，其特征是：所述服务器被配置为建立每种智能设备的模型，存储每种设备模型的设备类型、信号、性能参数、输入输出数据命令与格式，对应的图标和操作菜单，形成标准件，所有的设备模型形成数据库，通过选择相应的设备图标，移动至待配置的虚拟房间的相应分布地点，完成组态过程。

6.如权利要求1所述的一种物联网设备动态虚拟配置系统，其特征是：所述服务器被配置有权限管理模块，所述权限管理模块配置各个用户的权限，所述权限包括所述虚拟化组态管理架构内的管控区域，进行空间和系统的虚拟化，完成设备虚拟化添加、移动、删除、控制和区域内背景配置操作，以及查看权限内所管控的设备的详细信息，管控区域的设备的历史报警记录和实时报警的信息以及管控区域的设备、环境和人员的状态信息。

7.一种物联网设备动态虚拟配置方法，其特征是：接收控制指令，并向所有物联网节点广播节点识别消息，接收各个物联网节点反馈的识别信息，根据各个节点的反馈时长和反馈信息综合选择每个智能设备所对应的最优节点、次优节点和备用节点，并按照选择的顺序对每个智能设备进行虚拟分区，构建模型库，基于模型库内的各个标准元件，对各个区域进行配置，并对各分区内的设备模块组态，进行智能设备的管理与控制。

8.如权利要求7所述的一种物联网设备动态虚拟配置方法，其特征是：周期性的向周围广播节点验证消息，重复确定智能设备和各个物联网节点的关系，动态更新智能设备对应的最优、次优和备用节点，以保证通信的稳定性。

9.如权利要求7所述的一种物联网设备动态虚拟配置方法，其特征是：所述智能设备和各个物联网节点的关系确定过程为设备选择机制，具体包括：

智能设备向周边广播节点验证信息；

节点接收到验证信息，并向设备反馈验证信息；

智能设备接收到节点发送的反馈信息，记录反馈时长并将反馈信息进行处理，依据处理结果确定最优节点、次优节点和备用节点；设备计算反馈时间和节点信号强度，并依据反馈时间、节点负载量和节点信号强度确认最优节点、次优节点和备用节点；

或，所述智能设备和各个物联网节点的关系确定过程为服务器选择机制，具体包括：

服务器向所有节点广播节点识别消息；

节点收到识别消息，开始对周围设备进行自动识别；

节点将识别到的设备信息反馈给服务器，同时反馈本节点的相关信息，服务器记录反馈信息时长，并对反馈信息进行处理，根据处理结果选择对应设备的最优节点、次优节点和备用节点；

服务器将选择的节点存入数据库并将其下发到对应智能设备，设备确认隐含关系，服务器计算比对同一设备下不同节点的节点负载量和节点信号强度，根据计算比对结果确认最优节点、次优节点和备用节点；

或，所述智能设备和各个物联网节点的关系确定过程为设备服务器综合选择机制，具体包括：

节点发现周边设备，并进行关系验证通信，记录各个设备的反馈信息；

节点将各个设备的反馈信息依次上传到服务器，同时上传本节点的信息；

服务器记录节点与设备的通信数据以及各个节点信息，对其进行计算处理；

服务器依据设备的相关节点的最优节点关系数量、设备反馈信息、节点信号强度或节点上传时间确定设备的最优节点、次优节点和备用节点，将其进行存储同时下发给对应设备确认隐含关系。

10.如权利要求7所述的一种物联网设备动态虚拟配置方法，其特征是：在进行组态时，建立每种智能设备的模型，存储每种设备模型的设备类型、信号、性能参数、输入输出数据命令与格式，对应的图标和操作菜单，形成标准件，所有的设备模型形成数据库，通过选择相应的设备图标，移动至待配置的虚拟房间的相应分布地点，完成组态过程。